路面高效再生，绿色环保养护：《沥青路面乳化沥青冷再生关键技术》

截至2021年末，我国公路总里程达到528.07万公里，其中高速公路里程长达16.91万公里。沥青路面的设计寿命一般为10~15年，目前已有大量的沥青路面接近或达到设计寿命，亟需采取沥青路面大修或重建等养护措施。总体来看，目前我国道路交通发展正由“建设为主”转变为“建养并举”的发展模式。据测算，我国每年产生的废旧沥青混合料将会超过6000万吨。如此数量庞大的废旧沥青混合料，不但占用大量土地，而且污染环境。另一方面，沥青路面养护经费缺口较大，同时优质集料的匮乏也严重制约了公路建设，导致目前公路建设中资源与环境问题日趋严峻。

在国务院印发的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》（国发〔2017〕11号）中，将废旧路面材料的综合利用列为推进资源集约节约利用重点领域，规划同时将废旧路面材料再生利用作为绿色养护共性关键技术列入重点发展规划。在《“十三五”公路养护管理发展纲要》（交公路发〔2016〕96号）中要求大力发展和推广绿色养护，并明确提出了“高速公路、普通国省道废旧路面材料回收率分别达到100%、98%，循环利用率分别达到95%、80%以上”的发展目标。中共中央、国务院于2019年9月印发《交通强国建设纲要》，其中第七条明确提出“绿色发展节约集约、低碳环保”的要求，要“促进资源节约集约利用。…推广施工材料、废旧材料再生和综合利用…”。

因此，在沥青路面大修养护中科学高效的再生利用废旧沥青混合料，对促进公路交通的资源循环利用以及可持续发展具有重要意义，目前已成为高等级路面大修中的热点问题。其中，冷再生技术相较于现在发展成熟的热再生技术，大幅提升了再生利用率，在实际工程中能够再生利用70%以上的RAP料（reclaimed asphalt pavement，再生沥青混合料），而且粗细集料都能大比例投入再生利用，同时该技术中混合料全程在常温下完成再生全过程，真正实现了资源集约的发展模式，是降低路面维养成本和节约资源更为高效的策略。

▲图1 乳化沥青冷再生混合料施工

东南大学马涛教授团队经过多年的基础研究积累与工程应用实践，围绕沥青路面乳化沥青冷再生技术体系，从材料组成设计、微观结构特征、混合料性能试验与仿真、结构设计到施工工艺等方面全面梳理了关键技术要点。

《沥青路面乳化沥青冷再生关键技术》全书分为10章，包括第1章绪论；第2章乳化沥青作用原理与制备；第3章回收沥青路面旧料性能；第4章乳化沥青冷再生混合料微观结构特征；第5章乳化沥青冷再生混合料配合比设计；第6章乳化沥青冷再生混合料路用性能；第7章乳化沥青冷再生混合料性能离散元仿真分析；第8章乳化沥青冷再生加铺结构设计方法；第9章乳化沥青冷再生施工工艺；第10章乳化沥青冷再生工程实践。

▲图2 乳化沥青冷再生混合料微观结构特征研究

作者简介

马涛，教授，博士生导师；东南大学交通学院副院长兼道路工程系主任；东南大学青年首席教授，国家优秀青年科学基金获得者。入选交通运输部中青年科技创新领军人才，江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科学技术带头人、“六大人才高峰”计划；获评中国公路青年科技奖、中国公路建设行业协会科学技术英才奖、江苏公路优秀科技工作者、唐仲英青年学者、王秉纲青年学者、东南大学青年五四奖章。

长期致力于道路工程领域的科学研究和人才培养工作。主持/参与国家重点研发计划、国家863计划项目、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等国家级科研课题50余项；获得省部级科技进步奖、技术发明奖以及学会/协会科学技术奖等各类奖项20余项；获得全国微课教学比赛一等奖、省部级教学成果奖以及东南大学“我最喜爱的研究生导师”十佳导师等教学荣誉奖励10余项；指导学生获得全国“互联网+”大赛银奖、全国交通运输科技大赛一等奖、江苏省研究生科研创新实践大赛一等奖等各类学科竞赛奖10余项。

内容简介

随着我国公路大规模建设的完成，我国道路交通发展正由“以建设为主”转变为“建养并举”的发展模式，其中沥青面层在结构性能修复过程中产生的铣刨料再生利用成为新时代绿色交通的重要命题。

本书围绕沥青路面乳化沥青冷再生关键技术问题，从原材料、混合料性能到路用性能、结构设计方法全方位梳理和探讨，并结合工程实践对相关问题进行阐述，对冷再生技术提升具有重要的工程应用价值。本书主要内容包括乳化沥青作用原理与制备、回收沥青路面旧料性能、乳化沥青冷再生混合料的微观结构特征、配合比设计、路用性能及其离散元仿真分析、加铺结构设计方法、施工工艺以及乳化沥青冷再生的工程实践。

目录速览

前言

第1章　绪论　1
1.1　背景　1
1.2　冷再生技术的应用与发展　1
1.3　冷再生关键技术理论研究现状与发展趋势　4
第2章　乳化沥青作用原理与制备　6
2.1　概述　6
2.2　乳化沥青简介与分类　7
2.3　乳化沥青作用原理　8
2.3.1　乳化沥青的成乳机理　8
2.3.2　乳化沥青的稳定原理　10
2.3.3　乳化沥青的破乳机理　13
2.4　乳化沥青的制备　14
2.4.1　乳化沥青的必要要素　14
2.4.2　乳化沥青的制备方法　17
2.4.3　乳化沥青质量检验　18
2.5　乳化沥青破乳速度表征与分析　20
2.5.1　紫外光谱法　20
2.5.2　离心电导率法　23
2.5.3　集料对破乳速度的影响分析　25
2.6　本章小结　32
第3章　回收沥青路面旧料性能　33
3.1　概述　33
3.2　回收旧料的结团特性研究　34
3.2.1　原材料　34
3.2.2　沥青抽提试验　35
3.2.3　回收旧料结团度分析　37
3.2.4　基于AIMS扫描试验的旧料结团特性分析　44
3.2.5　回收旧料分级分类　48
3.2.6　回收旧料结团特性评价方法　50
3.3　回收旧料的残余强度研究　51
3.3.1　原材料　51
3.3.2　回收旧料残余黏聚力三轴试验　54
3.3.3　旧料颗粒团强度的测试　57
3.4　本章小结　61
第4章　乳化沥青冷再生混合料微观结构特征　63
4.1　概述　63
4.2　国内外研究现状　64
4.2.1　冷再生混合料微观研究　64
4.2.2　界面过渡区研究　65
4.2.3　冷再生混合料强度研究　67
4.3　微观形貌特征　69
4.3.1　试验方案　69
4.3.2　胶浆微观形貌特征　70
4.3.3　界面微观形貌特征　76
4.3.4　分层材料微观形貌特征　83
4.4　界面组成特征　89
4.4.1　基于数字图像处理技术的界面特征分析　89
4.4.2　冷再生混合料界面组成特征　93
4.4.3　各相分布特征参数分析　97
4.5　强度性能试验　107
4.5.1　配合比设计及试验方案　107
4.5.2　不同拌和顺序的混合料形貌特征　113
4.5.3　不同拌和顺序的混合料组成差异　116
4.5.4　性能试验　120
4.5.5　冷再生混合料强度影响因素分析　126
4.6　冷再生混合料的强度形成机理　132
4.6.1　乳化沥青-水泥砂浆的拉伸强度　132
4.6.2　冷再生混合料的破坏断面分析　133
4.6.3　不同龄期胶浆微观形貌　135
4.6.4　冷再生混合料的界面形成机制　138
4.7　本章小结　141
第5章　乳化沥青冷再生混合料配合比设计　144
5.1　概述　144
5.2　乳化沥青冷再生混合料配合比设计流程　145
5.2.1　确定工程设计级配范围　145
5.2.2　原材料选择与准备　145
5.2.3　矿料的级配设计　146
5.2.4　确定最佳含水量　146
5.2.5　确定最佳乳化沥青用量　146
5.3　级配设计　147
5.4　最佳含水量　148
5.5　最佳乳化沥青用量　150
5.5.1　冷再生乳化沥青的性能要求　150
5.5.2　最佳乳化沥青用量的确定　150
5.5.3　乳化沥青种类对冷再生混合料性能的影响　153
5.6　配合比优化设计　155
5.6.1　水泥用量的影响　155
5.6.2　生石灰对冷再生混合料性能的影响　156
5.6.3　有机活化剂对冷再生混合料性能的影响　159
5.6.4　击实次数对冷再生混合料性能的影响　160
5.7　振动压实成型方法研究　162
5.7.1　振动压实仪简介　162
5.7.2　最佳含水量　163
5.7.3　最佳乳化沥青含量　169
5.7.4　养生条件的影响　170
5.8　本章小结　173
第6章　乳化沥青冷再生混合料路用性能　175
6.1　概述　175
6.2　乳化沥青冷再生混合料的体积特性　176
6.3　乳化沥青冷再生混合料的水稳定性　176
6.4　乳化沥青冷再生混合料的高温稳定性　178
6.5　乳化沥青冷再生混合料的静态模量　179
6.5.1　水泥掺量对静态模量的影响　181
6.5.2　乳化沥青掺量对静态模量的影响　181
6.5.3　温度对静态模量的影响　182
6.6　乳化沥青冷再生混合料的动态模量　182
6.6.1　动态模量试验设计　182
6.6.2　水泥用量对动态模量的影响　183
6.6.3　乳化沥青用量对动态模量的影响　186
6.6.4　围压对动态模量的影响　188
6.6.5　温度对动态模量的影响　189
6.7　乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能　191
6.7.1　疲劳试验设计　191
6.7.2　疲劳寿命方程的建立　193
6.7.3　湿度对试件疲劳寿命的影响　194
6.7.4　乳化沥青用量对试件疲劳寿命的影响　195
6.7.5　水泥用量对试件疲劳寿命的影响　195
6.7.6　乳化沥青冷再生混合料疲劳寿命与其他材料的对比　196
6.8　本章小结　198
第7章　乳化沥青冷再生混合料性能离散元仿真分析　200
7.1　概述　200
7.2　冷再生沥青混合料离散元模型构建　201
7.2.1　虚拟试件生成　201
7.2.2　基于矢量计算的集料随机生成方法　203
7.2.3　加载条件　208
7.3　接触模型及参数标定　210
7.3.1　基本假设　210
7.3.2　线性平行黏结模型　211
7.3.3　离散元模拟参数获取　213
7.3.4　模型验证　219
7.4　冷再生沥青混合料断裂行为研究　220
7.4.1　离散元断裂试验结果分析　221
7.4.2　离散元断裂试验影响因素分析　223
7.4.3　旧料结构对冷再生沥青混合料断裂行为的影响分析　238
7.4.4　小结　248
7.5　冷再生沥青混合料疲劳行为研究　249
7.5.1　离散元疲劳试验结果分析　250
7.5.2　离散元疲劳试验影响因素分析　256
7.5.3　旧料结构对冷再生沥青混合料疲劳开裂行为的影响分析　259
7.5.4　综合分析　270
7.5.5　小结　271
7.6　本章小结　273
第8章　乳化沥青冷再生加铺结构设计方法　274
8.1　概述　274
8.2　国内外冷再生路面结构设计方法　275
8.2.1　美国AASHTO法　275
8.2.2　AI法　277
8.2.3　南非法　278
8.2.4　我国现行设计方法　279
8.3　冷再生沥青路面结构设计基本原则　280
8.4　冷再生混合料抗拉强度结构系数　282
8.4.1　基于室内疲劳试验的沥青混合料Ks　283
8.4.2　基于室内疲劳试验的半刚性材料Ks　283
8.4.3　基于室内试验的冷再生材料Ks　284
8.4.4　冷再生材料Ks修正　285
8.5　冷再生材料轴载换算公式　289
8.5.1　以弯沉为指标的轴载换算原则　290
8.5.2　以弯拉应力为设计指标的轴载换算方式　291
8.5.3　冷再生材料的轴载换算公式　292
8.6　旧路面结构残余承载力　293
8.6.1　半刚性基层残余承载力　294
8.6.2　半刚性基层层底当量回弹模量　295
8.7　结构设计流程　295
8.7.1　冷再生路面结构设计流程　295
8.7.2　交通量确定　296
8.7.3　结构层参数确定　296
8.7.4　路面结构组合　297
8.7.5　结构验算　297
8.7.6　经济性及施工要求　297
8.8　实例验算　298
8.8.1　交通量计算　298
8.8.2　路面结构组合设计　299
8.8.3　结构层参数确定　300
8.8.4　结构组合验算　301
8.9　本章小结　303
第9章　乳化沥青冷再生施工工艺　304
9.1　概述　304
9.2　乳化沥青厂拌冷再生工艺及设备　305
9.2.1　工艺原理　305
9.2.2　主要施工设备　307
9.2.3　场地选择与布置　310
9.2.4　原材料　310
9.2.5　原路面铣刨及下承层　311
9.2.6　试验路段　312
9.2.7　拌制　312
9.2.8　运输　313
9.2.9　摊铺及碾压　313
9.2.10　养生及开放交通　315
9.3　乳化沥青就地冷再生工艺及设备　315
9.3.1　工艺原理　315
9.3.2　主要施工设备　317
9.3.3　病害调查　319
9.3.4　试验路段　319
9.3.5　新集料、水泥的添加　320
9.3.6　再生机作业　320
9.3.7　施工作业段及长度　321
9.3.8　整平及碾压　321
9.3.9　接缝　322
9.3.10　养生及开放交通　322
9.4　施工质量管理及检查验收　322
9.4.1　施工前　322
9.4.2　施工过程中　323
9.4.3　完工后　323
9.5　交通组织方案　324
9.5.1　常见交通组织方式及其特点　324
9.5.2　养护作业交通管制基本形式　325
9.5.3　养护作业区交通流模拟仿真　326
9.5.4　甬台温高速补强工程交通组织方案　333
9.6　乳化沥青冷再生工程常见问题及对策　336
9.6.1　旧料的质量控制　336
9.6.2　冷再生混合料的工作性　337
9.6.3　拌和中“花白料”的问题　338
9.6.4　冷再生混合料压实问题　340
9.6.5　开放交通的判据　341
9.7　本章小结　342
第10章　乳化沥青冷再生工程实践　343
10.1　概述　343
10.2　甬台温高速　344
10.2.1　原路面状况调查　344
10.2.2　现场配合比验证　351
10.2.3　试验段施工　352
10.2.4　冷再生层现场测试　356
10.2.5　试验段检测　359
10.3　梨温高速　363
10.3.1　原路面状况调查　363
10.3.2　冷再生路面结构设计　377
10.3.3　冷再生混合料设计　381
10.4　S340常州段　387
10.4.1　原路面状况调查　387
10.4.2　现场配合比验证　388
10.4.3　试验段施工　388
10.4.4　现场测试　391
10.4.5　试验段跟踪检测　392
10.4.6　经济效益分析　393
10.5　G320国道　396
10.5.1　工程概况　396
10.5.2　原路面状况调查　396
10.5.3　路面维修方案　396
10.5.4　乳化沥青冷再生施工工艺　397
10.5.5　施工质量检测　405
10.5.6　经济和社会效益分析　407
10.6　本章小结　411
参考文献　413

（本期编辑：王芳）

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